本发明涉及水质监测技术领域，特别是针对工业用水水质进行检测，公开了一种离子捕获、进样系统、离子色谱抑制器和电导检测器组成检测水中阴阳离子总量的方法和装置。
背景技术：
工业用水涉及到非常广泛的应用范围，水质的控制和检测对于生产过程和生产安全都是非常重要的环节，特别是涉及到生产安全的水质检测更是重中之重。例如电厂一般要求检测的水包括：给水、炉水、饱和蒸汽水、过热蒸汽水、再热蒸汽水和凝结水等。这些水的水质好坏直接会造成锅炉、汽轮机相关部件积盐和腐蚀。另外饱和蒸汽在压力较高时对盐类有溶解携带的能力，这就造成了蒸汽含盐量的增加，而蒸汽中的盐分会沉积在过热器中，这将影响蒸汽的通过和传导，并使过热器管金属温度升高，过热蒸汽管中含有的盐分则有可能沉积在管道、阀门、汽轮机调节阀及叶片上，从而导致动作失调，降低了汽轮机效率等不良后果。
综上所述，工业用水的检测对水质的控制就起到了非常重要的作用。离子色谱检测方法是对水质检测有效的手段之一，这种方法可以检测水中的阴离子组分和阳离子组分。核心器件就是色谱分离柱，它把一个待测样品分离出不同组分，峰高定量保留时间定性，从而得到待测水中的阴离子或者阳离子中每种离子的准确含量。
离子色谱分析水质的方法：具体的工作方式以阴离子检测为例：
图1中的1是由koh或其他试剂配置的淋洗液，高压泵2将淋洗液推入到进样系统3，通过定量环把定量环中的样品带入到高压色谱分离柱4中进行样品分离，分离后的样品进入到阴离子抑制器5a中，经过抑制器对本底电导进行抑制后进入到电导检测池6中进行检测，检测信号送到电导检测器7中进行数据处理，处理后得到不同组分的谱图，利用色谱的峰处理原则：保留时间定性、峰高定量得到最终的分析结果(见图8七种阴离子的标准谱图)。
离子色谱具有很多优点，但都需要一些必要条件，首先都需要流动相来推动样品的流动。而且分析内容的不同需要不同试剂配出的不同性质的流动相。最重要的是检测系统中都需要色谱分离柱，而且色谱分离柱一般采用高压柱，而高压柱就意味着系统要能够承受很高的压力，同时高压会增大设备的故障率，另外分离柱的分离机理造成检测周期的延长，一般一个点的检测时间都在30分钟左右。最后，色谱柱是一个耗材，并且价格不菲。
综上分析，工业用水需要一种能够保留离子色谱的一些优势但更简单、更低价和更有效的方法和装置进行水质的检测和监控。
目前的工业用水都已经过多种方法和手段对水进行了处理，例如电厂的用水，已经用离子交换树脂对水进行了离子去除，水中的离子含量很低。在用离子色谱法检测时，水中剩余的离子很少。每种组分都在几个ppb，甚至更低的浓度范围。所以作为水质的检测和控制，只需要对阴离子和阳离子的总量进行检测就可以达到水质监测的目的。
离子捕获、进样系统、离子色谱抑制器和电导检测组成检测水中阴阳离子的方法和装置很好的解决了以上的几个问题。因为只做离子总量的检测，不对水样进行分离，所以去掉了色谱柱。带来以下优势：
第一：因为没有色谱柱，所以可以不使用由试剂配置的流动相，可以简化到只用纯水做流动相。
第二：由于不用色谱柱，系统的压力可以降得很低，系统由于压力降低引起的故障率同样得到了降低。
第三：由于不用色谱柱，分析的时间周期大大的缩短，由原来的30分钟检测一个点缩短到1分钟检测一个点。
第四：由于不用色谱柱，避开了要经常更换昂贵的色谱柱，使得设备的维护费用和成本大幅度的降低。
技术实现要素：
本发明针对工业用水现有检测技术的不足，提出了与现有技术完全不同的一种水中阴离子和阳离子总量的检测方法和装置。
分析工业用水阴离子总量的方法是：用超纯水替代原来用试剂配置的淋洗液，经过常压泵将纯水推入到阴离子捕获器中对超纯水中残留的阴离子进行去除纯化，纯化后的淋洗液通过进样系统将定量环中的检测水样带进阴离子抑制器中，在抑制器中对样品和淋洗液中的残留阳离子做进一步的去除和纯化，只保留了样品中的待测阴离子进入到电导检测池中进行检测，从而得到水中阴离子总量的含量。
为了克服目前离子色谱检测工业用水检测时间长，流动相需要用化学试剂配置和高压色谱柱造成系统压力较高带来的对应相关部件要求也同步提高和由此引起的故障率也会相应增加，同时昂贵的色谱柱的定期更换也给后期设备的维护从成本上提出了较高的要求，本发明提供了一种不使用色谱柱，而用离子捕获器、进样系统、抑制器和电导检测器构成的阴离子总量和阳离子总量的检测系统。用总离子含量来评估水质的变化达到原系统同样的功能，具体工作原理和方式如下：
阴离子总量检测的方法是：用纯水经过阴离子捕获器将纯水中的残余阴离子去除纯化后作为流动相，通过进样系统将待测样品推入到阴离子抑制器中。在阴离子抑制器中，样品中和流动相中的阳离子残留被进一步的去除和纯化，只保留了待测样品中的阴离子进入到电导检测器中进行电导检测，检测出的结果就代表了样品中全部阴离子组分的阴离子总含量。
阳离子总量检测方法是：用纯水经过阳离子捕获器将纯水中的残余阳离子去除纯化后作为流动相，通过进样系统将待测样品推入到阳离子抑制器中，在阳离子抑制器中，样品中和流动相中的阴离子被进一步去除和纯化，只保留了待测样品中的阳离子进入到电导检测器中进行电导检测，检测出的结果就代表了样品中全部的阳离子总含量。
检测系统中抑制器是由三个填充了离子交换树脂的腔体和每个腔体之间用离子交换膜隔断，其中两边的腔体分别装有铂金阳电极和铂金阴电极，两电极之间施加恒电流达到抑制器对中间通道中的流动相电导值进行抑制的同时又将中间的离子交换树脂再生的目的。本发明使用了我们自己的另一项专利(专利号：cn203148906u)，作为离子捕获、抑制器和电导检测单元。
检测系统中离子捕获器与抑制器有相似的结构，但由于不考虑死体积的问题，所以可以有更大的腔体和电极，以获取更大的离子捕获量和交换能力，离子捕获器也是由三个填充了离子交换树脂的腔体和每个腔体之间用离子交换膜隔断，其中两边的腔体都装有阳铂金电极和阴铂金电极，施加电动势是为中间腔体单元中离子迁移提供动力。
样品进样系统由六通阀和定量环组成，进样系统为检测提供了准确的样品进样量，针对不同的水质可以选择不同的定量环来获取不同的进样量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明专利的具体实施中的技术方案，下面结合附图对本发明专利进行介绍和说明。因为本发明专利可以涉及到从阴离子总量检测到阳离子总量检测，同时也可以采样不用离子捕获器同样可以进行离子总量的检测，而下面说明只是本发明中最有代表性的检测为例，所以只要使用本发明专利所描述的离子总量检测都属于本发明专利的保护范围，其中还包括其他离子捕获的方式或者不用离子捕获器实现离子总量的检测都属于本发明专利的保护范围。
图1为现有技术离子色谱法检测水样的示意图。
图2为本发明构成的阴离子总量检测水样的示意图。
图3为本发明构成的阳离子总量检测水样的示意图。
图4为本发明专利技术使用的阳离子捕获器示意图。
图5为本发明专利技术使用的阴离子捕获器示意图。
图6为本发明专利技术使用的阴离子抑制器示意图。
图7为本发明专利技术使用的阳离子抑制器示意图。
图8为现有技术离子色谱检测阴离子样品的谱图。
图9为本发明装置检测用硫酸盐作为阴离子的表征物从0.03ppm到2ppm的谱图
图10为本发明装置检测用硫酸盐作为阴离子的表征物从0.03ppm到2ppm的线性。
图11为本发明装置检测1ppb硫酸根的谱图。
图12为本发明装置检测电厂凝结水阴离子总量的谱图。
图13为本发明装置检测电厂饱和蒸汽水阴离子总量的谱图。
图14为本发明装置检测电厂再热蒸汽水阴离子总量的谱图。
附图标示：
1.淋洗液，2.泵系统，3.进样系统，4.阴离子色谱柱，5a.阴离子抑制器，5c.阳离子抑制器，6.电导池，7.电导检测器，8a.阴离子捕获器，8c.阳离子捕获器，9.阳电极，10.阴电极，11a.离子交换膜1，11c.离子交换膜2，13.流动相纯水，14.水中残留阳离子，15.迁移到外腔的阳离子，16.水中残留的阴离子，17.迁移到外腔的阴离子，18.样品中待测的阴离子1，19.样品中待测的阴离子2，20.水中待测的阳离子1，21.水中待测的阳离子2
表1为某电厂实际水样检测结果
具体实施方式
在下面描述过程中的关于流程和框图的表述和术语都是为了将本发明专利讲述清楚，所以不能作为对本发明专利的限制条件，这就意味着只要没有创新的设计条件下，只在位置、流程、顺序、方法和形状上变化或调整都属于侵权范围。
下面结合附图以阴离子和阳离子总量检测为例对本发明进一步说明：
阴离子总量检测：如图2所示，溶液瓶1中为符合试验室使用的超纯水，平流泵2将超纯水输入到阴离子捕获器8a上，尽管超纯水是经过处理基本不含如何离子，但还是会有些残留的离子存在，在阴离子捕获器(图5)中，由于两边的腔体放置了铂金阳电极9(或其他惰性材料)和铂金阴电极10(或其他惰性材料)，电极两端施加了恒定电流的电势，在电势的作用下，中间腔中纯水里残留的阴离子16产生迁移，又由于中间腔体两边的离子交换膜是对不同离子有选择性的通过，所以水中残留的阴离子17通过离子交换膜11a迁移到两边的腔体中，再用系统的废液将其冲出腔体。被纯化后的纯水13进入到进样系统中，进样系统中的定量环装有待测水样品。被纯化后的不含任何阴离子的超纯水13将定量环中的样品推入到阴离子抑制器(图6)中，在阴离子抑制器中因为有与离子捕获相同的结构，在电势的作用下，样品和纯化水中残留的阳离子14被电势驱动迁移到两边的腔体中，而经过阴离子和阳离子去除纯化后的样品中，只有阴离子18、19等存在，这个样品被推入到电导池中进行电导检测，得出阴离子总含量的分析结果。
阳离子总量检测：如图3所示，溶液瓶1中为符合试验室使用的超纯水，平流泵2将超纯水输入到阳离子捕获器8c上，尽管超纯水是经过处理基本不含如何离子，但还是会有些残留的离子存在，在阳离子捕获器(图4)中，由于两边的腔体放置了铂金阳电极9(或其他惰性材料)和铂金阴电极10(或其他惰性材料)，电极两端施加了恒定电流的电势，在电势的作用下，中间腔中纯水里残留的阳离子14产生迁移，又由于中间腔体两边的离子交换膜是对不同离子有选择性的通过，所以水中残留的阳离子15通过离子交换膜11c迁移到两边的腔体中，再用系统的废液将其冲出腔体。被纯化后的纯水13进入到进样系统中，进样系统中的定量环装有待测水样品。被纯化后的不含任何阳离子的超纯水13将定量环中的样品推入到阳离子抑制器(图7)中，在阳离子抑制器中因为有与离子捕获相同的结构，在电势的作用下，样品和纯化水中残留的阴离子16被电势驱动，阴离子17被迁移到两边的腔体中，而经过阳离子和阴离子去除纯化后的待样品中，只有阳离子20、21等存在，这个样品被推入到电导池中进行电导检测，得出阳离子总含量的分析结果。
图9是用硫酸根做为阴离子的表征物对本专利进行实验验证。硫酸盐配置浓度分别为：
0.03ppm、0.1ppm、0.5ppm、1.0ppm和2.0ppm
图10是用上面的5个点做的线性。
图11是用低量程检测1ppb的硫酸根样品，从检测峰高可以判断，该方法对有些离子有极强的检测灵敏度，甚至可以做到ppt量级的浓度。
图12、图13、图14是不使用离子捕获器检测样品的实验结果，检测样品是某电厂的凝结水、饱和蒸汽水和再热蒸汽水，表1是某电厂6种水样的检测结果。可以看出使用离子捕获的谱图比不使用离子捕获得到的谱图还是有很大的改善。
表1：某电厂水样检测结果
1.一种水中阴离子和阳离子总量的检测方法和装置。
2.根据权利要求1所述的方法和装置包括：离子捕获器、进样系统、离子色谱抑制器和电导检测单元组成的阴离子总量和阳离子总量的检测。
3.根据权利要求1和2所述离子捕获器可以是阴离子捕获器和阳离子捕获器。
4.根据权利要求1和2所述进样系统后面可以连接阴离子抑制器，也可以接阳离子抑制器。
5.根据权利要求3所述阴离子捕获器是将水中的阴离子去除，阳离子捕获器是将水中阳离子去除，从而获得更高的灵敏度，所以在不考虑灵敏度时，用离子色谱阴抑制器或阳抑制器结合进样系统和电导检测也可以对水质总离子含量进行检测。
6.根据权利要求1和2所述的进样系统可以是手动实现实验室检测设备，也可以是自动实现在线检测设备。
技术总结